CN111971142A

CN111971142A - 用于对表面进行激光处理的方法及激光处理系统

Info

Publication number: CN111971142A
Application number: CN201980022984.4A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·达莱尔; 亚历克斯·弗雷泽; 泽维尔·普吕诺·戈德梅尔
Original assignee: LASERAX Inc
Current assignee: LASERAX Inc
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2020-11-20
Also published as: JP2021513463A; WO2019153091A1; CA3090338A1; EP3749479A1; US20210220944A1; EP3749479A4

Abstract

本发明描述了一种用于对表面进行激光处理的方法。该方法通常包括：将激光处理光束从第一视点向所述表面引导，该引导包括在焦点位置处提供所述激光处理光束的焦点，使得用光斑照射所述表面，同时从与所述第一视点不同的第二视点对所述表面上的所述光斑进行成像；基于校准数据和所述成像光斑的特征确定所述表面的空间坐标；以及基于所述表面的所述先前确定的空间坐标对所述表面进行激光处理。

Description

用于对表面进行激光处理的方法及激光处理系统

技术领域

本改进总体上涉及激光处理系统，尤其为涉及成像的激光处理系统。

背景技术

存在用于对表面进行激光处理的常规技术。在一种常规技术中，首先使用光学3D成像系统确定待进行激光处理的表面的空间坐标。光学3D成像系统具有激光线投影器和照相机，该激光线投影器和照相机彼此间隔开、具有不同视点并且彼此参照。在随后的第二步骤中，可将如此确定的待进行激光处理的表面的空间坐标传送到激光处理系统，该激光处理系统可基于这些空间坐标被操作以对该表面进行激光处理。在实践中，光学3D成像系统和激光处理系统具有各自的光束和各自的空间坐标参照系，并且基于校准而彼此对应。

尽管用于对表面进行激光处理的常规技术已在一定程度上令人满意，但仍存在改进空间。

发明内容

已发现，可通过对于由相对于待处理表面移位的激光处理光束在该表面上形成的光斑进行成像，来得到待处理表面的空间坐标。

更具体地，通过知晓激光处理系统和照相机的相对位置和取向，可基于通过照相机成像的、由激光处理光束在表面上形成的光斑，例如通过三角测量来确定表面的空间坐标。这样，成像的光斑的特征在任何时间点都可能基于待处理表面的位置、取向和/或形状而变化。例如，在激光处理光束被会聚的实施例中，成像的光斑可能不一定与激光处理光束的焦点对应。因此，在这样的实施例中，成像的光斑可能具有与焦点尺寸不同的尺寸，当该光斑被成像时，则可有助于确定被激光处理光束照射的表面的空间坐标。这种特征的示例包括中心位置、特定形状、尺寸(例如直径)、取向等。

因此，可通过对于在给定公差内由激光处理光束在表面上形成的光斑的第一次通过进行成像来确定该表面的空间坐标。该公差会受到成像的光斑的特征的影响。例如，如果能够确定光斑的中心位置，则公差可被限制。或者，由于光斑的尺寸指示焦点与该表面之间的距离，因此可基于光斑的尺寸来测量该距离的绝对值，并且可在适当地确定待应用的焦点的位移方向之后，使用测得的距离将激光处理光束的焦点移动到表面上或者移动到距表面某一有限距离内。

可以理解，只有当焦点处于距表面预定距离内并达到足够的强度时，激光处理光束才能对表面进行处理。使用具有可移动焦点的激光处理光束可允许基于先前确定的该表面的空间坐标而在表面上移动焦点以对该表面进行激光处理。

根据一个方面，提供一种用于对表面进行激光处理的方法，该方法包括：将激光处理光束从第一视点向所述表面引导，该引导包括在焦点位置处提供所述激光处理光束的焦点，使得用光斑照射所述表面，同时从与所述第一视点不同的第二视点对所述表面上的所述光斑进行成像；基于校准数据和所述成像的光斑的特征来确定所述表面的空间坐标；以及基于所述表面的所述先前确定的空间坐标对所述表面进行激光处理。

根据另一方面，提供一种激光处理系统，其包括：框架；激光处理子系统，其安装到所述框架并且具有相对于表面的第一视点，所述激光处理子系统适于将激光处理光束向所述表面引导，并且适于在焦点位置处提供所述激光处理光束的焦点，使得用光斑照射所述表面；照相机，其安装到所述框架并且具有不同于所述第一视点的第二视点，所述照相机适于在进行所述照射的同时对所述表面的所述光斑进行成像并生成所述光斑的图像；以及计算机，其通信地耦合到所述激光处理子系统和所述照相机，所述计算机具有存储器系统，所述存储器系统上存储有可由处理器执行的指令以：基于校准数据和所述图像中的所述成像光斑的特征确定所述表面的空间坐标；以及基于所述表面的所述先前确定的空间坐标，指示激光处理子系统对所述表面进行激光处理。

根据另一方面，提供一种用于确定表面的空间坐标的方法，该方法包括：将激光处理光束从第一视点向所述表面引导，该引导包括在焦点位置处提供所述激光处理光束的焦点，使得用光斑照射所述表面，同时从与所述第一视点不同的第二视点对所述表面上的所述光斑进行成像；以及基于校准数据和所述成像光斑的特征来确定所述表面的空间坐标。

将理解的是，本文中所使用的表述“计算机”不应以限制性方式进行解释。该表述被广义地使用以通常指代某些形式的一个或多个处理单元与可由该处理单元访问的某些形式的存储器系统的组合。类似地，本文中所使用的表述“控制器”不应以限制性方式进行解释，而应以执行控制一个或多个设备(例如电子设备)的功能的设备或具有一个以上设备的系统的一般意义来解释。

将理解的是，计算机或控制器的各种功能可通过硬件或通过硬件和软件两者的组合来执行。例如，硬件可包括被包括为处理器的硅芯片的一部分的逻辑门。软件可为诸如存储在存储器系统中的计算机可读指令等数据形式。对于计算机、控制器、处理单元或处理器芯片，表述“配置为”涉及可操作以执行相关功能的硬件或者硬件和软件的组合的存在。

在阅读了本发明之后，本领域技术人员将能够想到与本改进有关的许多其他特征及其组合。

附图说明

在图中，

图1是根据一个实施例的与间隔开的表面S_A、S_B和S_C一起示出的激光处理系统的示例的侧视图；

图2是图1的激光处理系统的斜视图，示出了根据一个实施例沿着第一焦点路径移动的激光处理光束的焦点，使得用移动光斑照射表面；

图2A是沿图2的2A-2A线得到的正视图；

图2B是图2的移动光斑的图像；

图3A是图2的表面的正视图，示出了焦点沿着第二焦点路径的移动，使得用移动光斑照射该表面；

图3B是图3A的移动光斑的图像；

图4A是图2的表面的正视图，示出了焦点沿着第三焦点路径的移动，使得用移动光斑照射该表面；

图4B是图4A的移动光斑的图像；

图5A是图1的激光处理系统的斜视图，示出了根据一个实施例沿着与表面相映射的焦点路径移动的激光处理光束的焦点；

图5B包括图5A的移动光斑的多个叠加图像，每个图像示出针对焦点路径的各个部分的图5A的移动光斑。

具体实施方式

图1示出了根据一个实施例的用于对表面S进行激光处理的激光处理系统10的示例。激光处理系统10可适于以多种方式对表面S进行激光处理。例如，取决于实施例，激光处理系统10可用于对表面进行激光清洁、对表面进行激光标记、和/或对表面进行激光切割。

如图所示，激光处理系统10具有框架12、激光处理子系统14和照相机16，激光处理子系统14和照相机16均安装到框架12上。

激光处理子系统14和照相机16都具有其自己相应的且不同的相对于表面S的视点。因此，激光处理子系统14具有第一视点，即在X、Y、Z坐标系中的已知位置及取向，而照相机16具有不同的第二视点，即在X、Y、Z坐标系中的已知位置及取向。

如图所示，激光处理子系统14适于将激光处理光束18向表面S引导，并在X、Y、Z坐标系中的焦点位置(X_fp、Y_fp、Z_fp)处提供激光处理光束18的焦点20，这可理解地导致表面S被一光斑照射。

当表面S被该光斑照射时，照相机16适于对表面S的该光斑进行成像并生成该光斑的图像，该图像可被称为“成像的光斑”。照相机可产生待处理表面S的图像。在一些实施例中，这些图像可具有它们自己的坐标系X’和Y’，并且可在它们被获取后被记录在X、Y、Z坐标系中。

如图所示，计算机22通信地耦合到激光处理子系统14和照相机16。在该示例中，计算机22安装到框架12并且有线地耦合到激光处理子系统14和照相机16。但是，在一些其他实施例中，计算机22可以远离激光处理子系统14，并且可经由诸如Wi-Fi、蓝牙、蜂窝数据链路等无线通信链路与之无线地耦合。

可以理解，计算机22具有存储器系统24，存储器系统24上存储有指令，该指令可由处理器26执行以基于校准数据和成像的光斑的特征(即一个或多个特征)确定表面S的空间坐标，并基于先前确定的表面S的空间坐标指示激光处理子系统14对表面S进行激光处理。

校准数据允许根据成像的光斑的一个或多个特征，基于激光处理子系统14的第一视点和照相机16的第二视点确定表面S的空间坐标。

在下面的段落中，出于解释目的对这种校准数据的非限制性示例进行描述。

参照图1，势表面S_A、S_B和S_C具有不同的空间坐标。在该示例中，表面S_A、S_B和S_C具有从X₀延伸到X_N的X坐标。但是，表面S_A具有对应于Z_A的Z坐标，表面S_B具有对应于Z_B的Z坐标，表面S_C具有对应于Z_C的Z坐标，其中Z_A＞Z_B＞Z_C。

可以看出，在一特定实施例中，可以基于以成像的光斑在X、Y、Z坐标系中的中心位置的形式提供的特征来确定表面S_A、S_B或S_C的空间坐标。实际上，在该示例中，对于给定的激光处理光束18的取向α，校准数据可根据由照相机16以入射角β生成的图像中的光斑的中心的坐标X’和Y’(以像素为单位)而指示空间坐标X和Z。例如，表1示出了以查找表形式提供的校准数据的示例。

表1：给定激光处理子系统14的已知视点和照相机16的已知视点，以查找表形式提供的校准数据的示例。

在表面S_A的情况下，可确定成像的光斑以角度β_A入射在照相机16上，并且其中心在由照相机16获得的图像中位于位置X’_A和Y’_A处。因此，基于上述校准数据可确定表面S_A的空间坐标为X_A、Y、Z_A。类似地，在表面S_B的情况下，可确定成像光斑以角度β_B入射在照相机16上，并且其中心在图像中位于X’_B和Y’_B处。因此，可确定表面S_B的空间坐标为X_B、Y、Z_B。

可以针对激光处理子系统14和照相机16的视点的其他组合提供与表1所示的校准数据类似的校准数据。因此，在实际确定表面S_A、S_B或S_C的空间坐标之前，可基于激光处理子系统14的第一视点和照相机16的第二视点来选择正确的校准数据。可以理解，激光处理子系统14的视点对应于激光处理子系统14的激光发射角。

可以看出，在另一特定实施例中，可基于以成像的光斑在X、Y、Z坐标系中的尺寸D的形式提供的特征来确定表面S_A、S_B或S_C的空间坐标。更具体地，成像的光斑的尺寸D在该示例中对应于该成像的光斑的直径。

实际上，在该特定示例中，对于给定的激光处理光束18的取向α和给定的激光处理光束18的会聚/发散D(r)(其中，r为沿着激光处理光束18的光轴28的轴向位置)，校准数据可根据由照相机16生成的图像中的光斑的尺寸而指示空间坐标X和Z。

可以理解，由于会聚光束的性质，激光处理光束18朝焦点20会聚，但在到达焦点20之后，激光处理光束18发散。因此，可基于成像的光斑的尺寸确定表面S_A、S_B或S_C的空间坐标。更具体地说，如图1所示，表面S_A定位在激光处理光束18的焦点20之后不远处，因此，成像的光斑具有比焦点20的直径D_fp更大的直径D_A。类似地，表面S_B定位在激光处理光束18的焦点20之后，并且比S_A更远。在此情况下，成像的光斑具有比直径D_A更大且比焦点20的直径D_fp更大的直径D_B。例如，表2示出了再次以查找表形式提供的校准数据的示例。

表2：给定激光处理子系统14的已知视点和激光处理光束18的会聚/发散D(r)，以查找表形式提供的校准数据的示例。

在一些实施例中，可使用由照相机16生成的图像中的光斑的角度β来确定表面S_A、S_B或S_C实际位于焦点20的哪一侧。

从以上示例可以理解，可基于成像的光斑的特征来确定表面S_A、S_B或S_C的空间坐标。这样的特征的示例包括中心位置、特定形状、尺寸(例如直径)、取向、和/或其任何合适的组合。

在另一实施例中，可对由照相机16产生的图像进行预处理以校正由照相机16的视点在表面S上引起的失真。在这样的实施例中，可通过诸如照相机16的一个像素对应于表面S上的激光光斑在X方向上的一毫米等关系来校正图像的坐标系X’和Y’以使其与激光的坐标系(X、Z)对应。在另一特定实施例中，可建立数学关系以将图像的方向Y’与激光处理子系统14的Z方向(也对应于表面S的位置Z)相关联，来代替校准数据集(例如参照表1和表2所描述的校准数据集)。

此外，在该示例中，出于操纵目的，框架12具有一个或多个从框架12突出或凹陷的把手30。更具体地，激光处理系统10是便携式的，并且可由用户以某种方式操纵，该方式可允许用户手动地将激光处理系统10定位在表面S附近以根据需要对该表面S进行激光处理。

在一些实施例中，框架12上可安装有显示器且该显示器面向用户，用于向用户显示用户指令。这种用户指令的示例包括，当确定为激光处理系统10太靠近表面S或太远离表面S时，指示用户移动激光处理系统10使其更靠近或更远离表面S。

在该示例中，激光处理光束18具有处在电磁光谱的红外区域内的波长，例如1064nm，因此，照相机16被配置为对电磁光谱的该红外区域内的照射进行成像。因此，在该示例中使用的照相机16是灵敏的，但不一定限于电磁光谱的红外区域。

可以理解，在一些实施例中，照相机16可以是2D照相机，而在一些其它实施例中，照相机16可以是3D照相机。照相机16的特性(例如传感器尺寸、量子效率、每秒帧数、光圈尺寸、照相机镜头的焦距以及任何其他特性)可能会对校准数据产生影响。可以对系统性能进行调整，以适合特定的行业需求。应指出的是，尽管所示实施例仅具有一个照相机16，但激光处理系统10的其他实施例可具有多个照相机，每个照相机相对于待成像表面S具有不同的、各自的视点。在这些实施例中，在表面S上移动的光斑的图像可来自由这些照相机中的一个或多个所获得的图像。

在一特定实施例中，激光处理子系统14包括光纤激光源。在一些其他实施例中，激光处理子系统14也可以是固态激光源或任何其他类型的激光源。

此外，激光处理子系统14可包括三轴扫描器，该三轴扫描器由两个旋转镜、以及移动透镜组成，以将光向待进行激光处理的表面引导。在另一实施例中，激光处理子系统14可包括两轴扫描器，该两轴扫描器由一个旋转镜、以及移动透镜组成，以将光向待进行激光处理的表面引导。在又一实施例中，扫描器可基于反射光学部件，例如任意组合下的平面镜、会聚镜及发散镜。

在又一实施例中，激光处理子系统14可具有扫描头，该扫描头具有固定的焦距。在这些实施例中，可将该扫描头移动得更靠近或更远离表面S，以使激光处理光束18的焦点20相应地移动。在替代实施例中，为了将激光处理光束18的焦点20相对于表面S移动，可将表面S相对于激光移动处理子系统14移动。

取决于实施例，可随时间修改激光处理光束18的参数。例如，在一些实施例中，激光处理子系统14可被配置为，在激光处理光束18在待进行激光处理的表面S上单次通过的过程中修改宽度、光学功率、重复频率、扫描速度以及任何其他合适的参数。

图2示出了根据另一实施例的具有激光处理子系统14和照相机16的激光处理系统10的斜视图。如图所示，将激光处理光束18向表面S引导，并且沿第一焦点路径P₁移动激光处理光束18的焦点20，使得用移动光斑32照射表面S。可以理解，照相机16在光斑32在表面S上移动时对其进行成像，并且该表面S的空间坐标是基于成像移动光斑的特征来确定的。

图2A示出了沿图2的线2A-2A得到的正视图，其中可以看出，第一焦点路径P₁没有与表面S对应。更具体地说，焦点20沿着第一焦点路径P₁(在本示例中位于表面S的上方)在移动方向34上移动。在一些实施例中，第一焦点路径P₁是预定的，因为它可以存储在计算机22的存储器系统中，并且而后基于成像移动光斑的特征被更新。在一些实施例中，可将焦点路径P₁称为表面S的初始空间坐标。

图2B示出了由照相机16生成的移动光斑32的图像36。如图所示，该图像36是在照相机16的获取时间期间获取的，该获取时间大于光斑移动横跨表面S所需的时间段。因此，图像36示出了具有条纹形状的移动光斑32’，该移动光斑32’沿着光斑的移动方向34延伸并且具有变化的尺寸，例如变化的厚度t。

在替代实施例中，可以从多个图像获得图2B中所示的成像的移动光斑32’，每个图像在照相机16的获取时间期间被获取，该获取时间可小于该光斑移动横跨表面S所需的时间段。在这些实施例中，表面S的一部分的空间坐标总是能被确定。在一些实施例中，一旦表面S的一部分的空间坐标被确定，则可立即在计算机22的存储器系统中将它们更新。在进行这样的更新后，表面S的初始空间坐标(或者表面S的当前空间坐标)可被更新。

在该特定示例中，图像36是以灰度表示的。当图像36的像素具有大于预定阈值的强度(例如，当灰度范围从0到256时，强度大于50)时，则被认为是成像移动光斑32’的一部分。

由于激光处理子系统14和照相机16的已知位置和取向，可基于成像移动光斑32’的中心路径38和/或成像移动光斑32’的厚度t来确定表面S的空间坐标，厚度t是垂直于中心路径38测得的。例如，在该实施例中，可以确定成像移动光斑32’的厚度t在其整个长度上都超过厚度阈值t_thres，即t＞t_thres。例如，以灰度强度的半极大值测量，适当聚焦的光束在图像上可具有3个像素的厚度，从而t_thres可为4个像素。因此，可确定第一焦点路径P₁离表面S太远，并且可在焦点20随后的第二次通过中使第一焦点路径P₁更近。

图3A是表面S的另一正视图，示出了基于先前成像的移动光斑而被移动得更靠近表面S的第二焦点路径P₂。可以看出，第二焦点路径P₂具有与表面S对应的两个间隔开的部分42和44，在这两个间隔开的部分42和44之间，中间部分46与表面S间隔开。

图3B示出了移动光斑沿第二焦点路径P₂移动时的图像40。可以看出，成像的移动光斑在间隔开的部分42’和44’中的厚度t低于厚度阈值t_thres，这可以确认，在间隔开的部分42和44中，焦点20已在表面S上被移动到给定的公差范围内。在一些实施例中，公差的示例可以是6mm。但是，成像移动光斑的中间部分46的厚度t仍然大于厚度阈值t_thres。因此，可以确定第二焦点路径P₂在中间部分46仍然距离表面S太远，并且可以确定应当在焦点20的后续第三次通过中，在第二焦点路径P₂的该部分将焦点20移动得甚至更靠近表面S。此外，表面S的空间坐标可基于成像移动光斑32”的中心路径38’来确定，并被用于进一步调整第二焦点路径P₂以匹配表面不规整。

图4A是表面S的另一正视图，示出了基于该方法的先前迭代而被移动得更靠近表面S的第三焦点路径P₃。可以看出，第三焦点路径P₃具有先前被确定为与表面S对应的两个间隔开的部分42和44。但是，第三焦点路径P₃具有不同的中间部分48，该中间部分48已被修改为与表面S对应。在该实施例中，在焦点20沿着第三焦点路径P₃移动以提供移动光斑32”’时对焦点20进行成像可得到图4B中所示的图像50。如图所示，图像50中的成像移动光斑32”’的厚度t沿其长度小于厚度阈值t_thres。因此，在此情况下，可将确定表面S的空间坐标确定为与第三焦点路径P₃的空间坐标对应。

可以理解，在参照图2至图4B描述的示例中，表面S的空间坐标是在该方法的连续迭代中确定的。但是，可以理解，在其他实施例中，可能需要更少或更多的迭代。取决于实施例，这些迭代(通常包括在沿焦点路径P_i移动焦点20的同时对所得到的移动光斑进行成像并且更新先前的焦点路径P_i)可被每秒执行多次，多更少次。还应理解，在一些实施例中，表面S相对于固定的激光处理系统10可移动。在一些其他实施例中，表面S可以是固定的，而激光处理系统10可以相对于表面S可移动。还应理解，由于激光处理系统10相对于表面S可移动，因此，表面不规整在位置、距离和峰谷值方面是随时间变化的。

应注意，在一些实施例中，可在激光处理光束18的每一次通过之后、甚至在每一次通过过程中更新表面S的初始空间坐标或当前空间坐标。

例如，参照图2A、3A和4A所示的实施例，表面S的初始空间坐标最初可与第一焦点路径P₁对应，然后在激光处理光束的第二次通过之后，可将其更新为与第二焦点路径P₂对应，然后在激光处理光束的第三次通过之后将其更新为与第三焦点路径P₃对应，如此等等。

在该实施例中，确定表面S的当前空间坐标的步骤可以是独立的并且与对表面S进行激光处理的步骤同时进行。例如，在表面S被激光处理光束18照射并由照相机16成像以然后确定表面S的当前空间坐标的整个期间，激光处理子系统14都可处在基于表面先前的独立空间坐标对表面S进行激光处理的过程中。

在照相机16在激光处理光束18在表面S上单次通过期间获取移动光斑的多个图像的实施例中，激光处理系统10可被配置为随着激光处理光束18在表面S上逐渐通过而确定表面S的各部分的局部空间坐标。在这些实施例中，可实时更新表面S的各部分的当前空间坐标，以使当前空间坐标反映激光处理光束刚刚通过的表面S的各部分的局部空间坐标。这样，可以仅更新当前空间坐标的一部分。

可以设想，最近更新的表面S的空间坐标可存储在存储器系统中，激光处理子系统14可直接或间接地访问该存储器系统以检索表面S的最新空间坐标。应注意，计算机22更新表面S的空间坐标这一第一计算步骤可独立于计算机22确定激光处理光束18的后续通过的空间坐标这一第二计算步骤。在这样的实施例中，第一计算步骤和第二计算步骤都可根据需要而访问存储在存储器系统中的当前空间坐标。两个计算步骤都可以不同的频率执行。

可以理解，在所述成像过程中，焦点20可具有超过激光处理阈值I_thres的强度I。取决于实施例，激光处理阈值I_thres可为激光清洁阈值、激光标记阈值或激光切割阈值。因此，在所述成像过程中，激光处理光束18可被用于在焦点20的连续通过过程中对表面S进行激光处理，例如激光清洁、激光标记或激光切割。当然，激光处理光束18的波长可基于所需的激光处理类型和待进行激光处理的材料来选择。例如，已知不锈钢或铝的激光清洁可以用中心波长为1064nm的激光束来进行，而塑料、复合材料和有机材料则更容易地用波长为10.64微米左右的激光束来处理。

在一种操作模式中，在所述成像过程中，激光处理光束18的焦点20具有超过激光处理阈值I_thres的强度I，因此可基于成像光斑的特征确定表面S被令人满意地激光处理。例如，从图2B的图像36中可以确定，在沿第一焦点路径P₁的焦点20的第一次通过中整个表面S都没有被令人满意地激光处理。但是，从图3B的图像40中可以确定，在沿第二焦点路径P₂的焦点20的第二次通过中，在两个间隔开的部分42和44，表面S已被令人满意地激光处理，留下中间部分46没有被令人满意地激光处理或者根本没有被激光处理。最后，从图4B的图像50中可以确定，在第三焦点路径P₃的中间部分48，表面S已被令人满意地激光处理。

在替代实施例中，第三焦点路径P₃可被确定为仅由中间部分48组成，因为沿第二焦点路径P₂的间隔开的部分42和44的焦点20的第二次通过已经可以得到令人满意的激光处理。

在另一种操作模式中，在所述成像过程中，激光处理光束18的焦点20具有低于激光处理阈值I_thres的强度I，因此，可在所述成像过程中不必一定对表面S进行激光处理的情况下确定表面S的空间坐标。然后，可将激光处理光束18的焦点20的强度I增加到高于激光处理阈值I_thres，以基于先前确定的表面S的空间坐标对表面S实际进行激光处理，例如在焦点20的仅一次通过中。

图5A示出了表面S的斜视图，其中焦点路径P与激光处理窗口52相映射，待进行激光处理的表面S定位在该激光处理窗口52中。激光处理窗口52可对应于激光处理子系统14的操作域。焦点路径P可以是连续的，以便被激光处理窗口52中的焦点20扫描。但是，在替代实施例中，与激光处理窗口52相映射的焦点路径P包括彼此间隔开的多个焦点路径P_i。在这些实施例中，如图5B所示，由于焦点沿着与激光处理窗口32相映射的焦点路径的移动而产生的表面S的照射可被成像在一系列图像中。基于上述方法，可从一系列图像中确定激光处理窗口52中的表面S的坐标，这可以有助于更新焦点路径P_i，直到其与待进行激光处理的表面S对应。

在一些实施例中，激光处理系统10可被配置为根据先前确定的表面S的空间坐标控制由激光处理光束18执行的激光处理的类型。更具体地说，只有当焦点20指向表面S的预定空间区域时，才可将焦点20的强度增加到高于激光处理阈值I_thres。例如，当确定表面S处于给定深度或在预定深度范围内时，可将焦点20的强度增加到高于激光处理阈值I_thres。在一些替代实施例中，当确定表面S位于给定的非激光处理区域内时，可将焦点20的强度降低至激光处理阈值I_thres以下。

可以理解，以上描述和示出的示例仅意图为示例性的。例如，在一些其他实施例中，框架可相对于地面固定。替代地，框架可包括第一框架和第二框架，激光处理子系统安装在该第一框架上，照相机安装在该第二框架上，其中第一框架和第二框架互为一体。在另一示例中，照相机和激光处理子系统可安装在独立的框架上，这些独立的框架通过位置捕捉器、参照致动器或任何其他方式机械地彼此参照。可以理解，表述“校准数据”旨在被宽泛地解释，以涵盖以表格、阵列的形式或甚至以数学关系的形式存储的数据。激光处理系统可具有允许表面三角测量的任何类型的合适配置。例如，激光处理系统可具有标准配置，其中激光处理光束垂直于表面，照相机从倾斜视角对表面进行成像；激光处理系统可具有反向配置，其中激光处理光束相对于表面倾斜，照相机从垂直视角对表面进行成像；激光处理系统可具有镜面配置，其中激光处理光束和照相机的视场相对于表面倾斜，并且它们指向同一方向；以及激光处理系统可具有相背(look-away)配置，其中激光处理光束和照相机的视场相对于表面倾斜，并且它们指向相反的方向。但是，可使用任何其他合适的配置。在一些实施例中，可基于待进行激光处理的表面的初始坐标来执行激光处理光束的第一次通过。但是，在一些实施例中，特别是在表面的初始坐标未知的实施例中，可基于默认空间坐标执行激光处理光束在表面S上的第一次通过，该默认空间坐标可与激光处理光束的焦点的默认焦点路径对应。例如，在一些实施例中，可将默认焦点路径设置为在与激光处理系统的框架间隔开预定间隔(例如30cm)的平面内延伸。保护范围由所附权利要求指明。

Claims

1.一种用于对表面进行激光处理的方法，所述方法包括：

将激光处理光束从第一视点向所述表面引导，该引导包括在焦点位置处提供所述激光处理光束的焦点，使得用光斑照射所述表面，同时从与所述第一视点不同的第二视点对所述表面上的所述光斑进行成像；

基于校准数据和所述成像的光斑的特征确定所述表面的空间坐标；以及

基于所述表面的所述先前确定的空间坐标对所述表面进行激光处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征是以所述成像的光斑的中心位置的形式提供的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征是以所述成像的光斑的尺寸的形式提供的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导包括沿着焦点路径移动所述激光处理光束的所述焦点，使得用移动光斑照射所述表面，所述成像包括对所述表面上的所述移动光斑进行成像。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述特征是以所述成像的移动光斑的中心路径的形式提供的。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述特征是以所述成像的移动光斑的尺寸的形式提供的，所述尺寸垂直于所述焦点的移动方向。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述焦点路径包括与激光处理窗口相映射的多个焦点路径，所述方法还包括针对所述多个焦点路径执行所述引导、所述成像、所述确定及所述激光处理，直到所述激光处理窗口中的所述表面被激光处理。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述成像期间，所述焦点具有超过激光处理阈值的强度。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导是基于所述表面的初始空间坐标执行的，所述方法还包括基于所确定的所述表面的空间坐标更新所述初始空间坐标。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述激光处理是独立的并且与所述确定同时进行。

11.一种激光处理系统，包括：

框架；

激光处理子系统，其安装到所述框架并且具有对于表面的第一视点，所述激光处理子系统适于将激光处理光束向所述表面引导，并且适于在焦点位置处提供所述激光处理光束的焦点，使得用光斑照射所述表面；

照相机，其安装到所述框架并且具有不同于所述第一视点的第二视点，所述照相机适于在进行所述照射同时对所述表面的所述光斑进行成像并生成所述光斑的图像；

计算机，其通信地耦合到所述激光处理子系统和所述照相机，所述计算机具有存储器系统，所述存储器系统上存储有可由处理器执行的指令以：

基于校准数据和所述图像中的所述成像的光斑的特征确定所述表面的空间坐标；以及

基于所述表面的所述先前确定的空间坐标，指示所述激光处理子系统对所述表面进行激光处理。

12.根据权利要求11所述的激光处理系统，其特征在于，所述框架具有一个或多个把手，所述一个或多个把手从所述框架突出。

13.根据权利要求11所述的激光处理系统，其特征在于，所述激光处理光束具有处在电磁光谱的红外区域中的波长，所述照相机被配置为对电磁光谱的所述红外区域中的照射进行成像。

14.根据权利要求11所述的激光处理系统，其特征在于，所述特征是以所述成像的光斑的中心位置的形式提供的。

15.根据权利要求11所述的激光处理系统，其特征在于，所述特征是以所述成像的光斑的尺寸的形式提供的。

16.根据权利要求11所述的激光处理系统，其特征在于，所述引导包括沿着焦点路径移动所述激光处理光束的所述焦点，使得用移动光斑照射所述表面，所述成像包括对所述表面上的所述移动光斑进行成像。

17.根据权利要求16所述的激光处理系统，其特征在于，所述特征是以所述成像的移动光斑的中心路径的形式提供的。

18.根据权利要求16所述的激光处理系统，其特征在于，所述特征是以所述成像的移动光斑的尺寸的形式提供的，所述尺寸垂直于所述焦点的移动方向。

19.一种用于确定表面的空间坐标的方法，所述方法包括：

将激光处理光束从第一视点向所述表面引导，该引导包括在焦点位置处提供所述激光处理光束的焦点，使得用光斑照射所述表面，同时从与所述第一视点不同的第二视点对所述表面上的所述光斑进行成像；以及

基于校准数据和所述成像的光斑的特征确定所述表面的空间坐标。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述特征是以所述成像的光斑的中心位置的形式提供的。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述特征是以所述成像的光斑的尺寸的形式提供的。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述引导是基于所述表面的初始空间坐标执行的，所述方法还包括基于所确定的所述表面的空间坐标更新所述初始空间坐标。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括基于所述表面的所述当前空间坐标对所述表面进行激光处理，其中，所述激光处理是独立的并且与所述确定同时进行。